磨溪震旦系燈影組臺內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層主控因素

徐會林 羅文軍 徐 偉 劉曦翔 申 燕 陶夏妍 劉 耘 王歆然

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.西南石油大學地球科學與技術(shù)學院

0 引言

自2011年在高石梯—磨溪區(qū)塊部署的震旦系燈影組的探井高石1井獲得百萬立方米的高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示高石梯—磨溪區(qū)塊深層古老碳酸碳酸鹽巖巨大的勘探潛力，進而推動四川盆地震旦系燈影組四段氣藏的勘探開發(fā)，目前該層位已成為四川盆地增儲上產(chǎn)的重要層系[1-5]。已有的研究表明，四川盆地震旦系燈影組儲層為沉積相控疊加巖溶改造型儲層，丘灘體的相控作用是燈影組優(yōu)質(zhì)儲集體發(fā)育的基礎，而桐灣運動的風化殼巖溶改造則是其優(yōu)質(zhì)儲集體形成的關鍵[6-15]。目前，高石梯—磨溪區(qū)塊震旦系燈影組四段氣藏累計探明儲量4千多億立方米，投產(chǎn)井產(chǎn)量、壓力穩(wěn)定，均不產(chǎn)地層水，證實燈影組四段氣藏能量充足，具有良好的勘探開發(fā)前景。根據(jù)已有的勘探開發(fā)實踐發(fā)現(xiàn)，雖然高石梯—磨溪地區(qū)燈影組四段儲層總體較為發(fā)育，但是具有非均值性極強的薄儲層特征，而且燈影組四段臺緣地區(qū)的儲層明顯優(yōu)于臺內(nèi)地區(qū)。因此，針對臺內(nèi)非均質(zhì)性極強的丘灘復合體儲層勘探，如何提高勘探開發(fā)效益是問題的關鍵。鑒于此，以磨溪區(qū)塊震旦系燈影組臺內(nèi)為研究對象，探討燈影組四段臺內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層特征、發(fā)育控制因素及優(yōu)質(zhì)儲集體展布等，為臺內(nèi)下部高效開發(fā)部署提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

高石梯—磨溪區(qū)塊震旦系燈影組四段氣藏受桐灣運動的影響，燈影組四段抬升后經(jīng)風化剝蝕地層殘厚一般分布在220～400 m，且自北向南、由西向東地層厚度有減薄趨勢。由于燈影組四段暴露歷史達49 Ma，受到大規(guī)模的表生期的巖溶作用，巖溶儲層發(fā)育，儲集巖的物性較好，已有的取心井的巖心中可見大量的溶孔、溶洞和裂縫發(fā)育，儲集巖的巖性主要以藻凝塊云巖、藻疊層云巖、（藻）砂屑云巖為主。隨著該區(qū)臺緣帶燈影組四段氣藏儲量的整體探明提交，勘探開發(fā)逐漸走向臺內(nèi)。臺內(nèi)位于四川盆地中部，川中古隆起中斜平緩構(gòu)造帶的中部（圖1）。根據(jù)前人的研究以及大量的實鉆，明確了在高石梯—磨溪區(qū)塊燈影組四上亞段普遍發(fā)育的硅質(zhì)巖為熱水沉積成因，這套硅質(zhì)巖可作為燈影組四上亞段內(nèi)部的等時沉積界面，并以此硅質(zhì)巖的底界作為地層對比的標準界面，進而將燈影組四段上亞段劃分為2個小層[16-25]。根據(jù)此地層劃分方案，對磨溪臺內(nèi)的地層進行劃分。

圖1 研究區(qū)位置及地層示意圖

2 儲層基本特征

2.1 儲集巖與儲集空間類型

通過巖心、薄片觀察和實驗分析表明，磨溪燈影組四段臺內(nèi)儲集巖性、儲集空間與磨溪臺緣帶基本相似。磨溪燈影組四段臺內(nèi)（圖2e、f、g、h）與臺緣帶（圖2a、b、c、d）儲集巖性均以藻凝塊云巖、藻疊層云巖、（藻）砂屑云巖為主，儲集空間有孔隙、溶洞和裂縫發(fā)育。通過對臺緣帶與臺內(nèi)區(qū)取心井儲層段巖心孔洞發(fā)育情況進行統(tǒng)計，磨溪臺緣帶整體孔洞較臺內(nèi)井區(qū)發(fā)育，且臺內(nèi)整體以小型孔洞為主，小洞占約88.3%。

圖2 磨溪燈四段臺緣帶與臺內(nèi)儲集巖性、空間類型圖版

2.2 儲層物性特征

根據(jù)大量的巖心孔滲實驗表明，磨溪燈影組四段臺緣帶與臺內(nèi)儲層總體表現(xiàn)均為低孔、低滲的特征。其中，臺緣帶儲層巖心柱塞樣品孔隙度分布在2.00%～15.71%之間，平均為4.45%，而臺內(nèi)分布在2.01%～8.90%之間，平均為3.02%；臺緣帶儲層巖心柱塞樣品滲透率分布在0.000 4～31.400 0 mD之間，平均值為0.630 0 mD，而臺內(nèi)分布在0.000 1～18.700 0 mD之間，平均值為0.480 0 mD。因此，從磨溪燈四段臺緣帶與臺內(nèi)儲層物性統(tǒng)計結(jié)果對比上看，臺內(nèi)相比臺緣帶儲層物性差。

2.3 儲層類型劃分

根據(jù)巖心、薄片、成像測井資料，基于孔洞縫搭配關系及其成因等綜合評價，將磨溪燈影組四段臺內(nèi)的儲層劃分為裂縫—孔洞型、孔洞型和孔隙型三種類型，其中，裂縫—孔洞型和孔洞型儲層為相對優(yōu)質(zhì)儲層（表1）。臺內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層類型主要以孔洞型儲層為主，裂縫—孔洞型儲層僅在局部井段發(fā)育?？锥葱蛢尤芪g孔洞較發(fā)育，平均孔隙度3.2%，平均滲透率0.840 0 mD；孔隙型儲層溶洞欠發(fā)育且溶洞間連通性差，平均孔隙度2.84%，平均滲透率0.200 0 mD。優(yōu)質(zhì)儲層單層厚度為0.5～16.0 m，平均單層厚度3.0 m。因此，臺內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層為低孔低滲、厚度薄且多層，非均質(zhì)強的儲層。

表1 磨溪臺內(nèi)儲層分類評價表

3 優(yōu)質(zhì)儲層的主控因素分析

沉積作用、成巖作用以及構(gòu)造作用三者共同控制碳酸鹽巖儲層形成、分布和品質(zhì)[26-28]。其中，沉積作用及其形成的沉積物是儲層形成和演化的基礎，一方面決定儲層的時空上的大致展布，另一方面影響后期成巖作用的類型和強度；成巖作用和構(gòu)造作用是儲層形成和改造的關鍵，特別是成巖作用，既控制儲層的最終展布，又決定儲層內(nèi)部的孔喉結(jié)構(gòu)。由于磨溪區(qū)塊構(gòu)造變形弱，以發(fā)育微裂縫為主，結(jié)合四川盆地燈影組燈四段綜合研究，認為磨溪地區(qū)燈影組四段儲層主要受沉積作用和巖溶作用二者共同控制。通過對磨溪震旦系燈影組四段臺內(nèi)沉積作用和巖溶作用的分析，認為有利沉積相帶控制優(yōu)質(zhì)儲層的展布，同生—準同生期巖溶和風化殼巖溶作用對相控儲層的疊加改造決定優(yōu)質(zhì)儲層的品質(zhì)，二者共同控制優(yōu)質(zhì)儲層的展布和品質(zhì)。

3.1 沉積作用

通過對磨溪燈影組四段臺內(nèi)11口井進行精細的巖心觀察與描述，并結(jié)合巖性、測井曲線、成像測井等地質(zhì)資料進行單井相研究。研究表明，燈影組四段臺內(nèi)為碳酸鹽巖局限臺地沉積，并可識別出2種亞相——潮坪亞相、丘灘亞相，4種微相——丘基、丘翼、丘核、丘蓋（表2）。

表2 磨溪燈四段臺內(nèi)沉積相特征

從沉積微相連井剖面可知，磨溪臺緣帶燈影組四上亞段有利沉積微相（丘翼+丘核）占地層厚度比例為60%～75%，而臺內(nèi)僅45%～60%。與之對應，從臺緣帶向臺內(nèi)，優(yōu)質(zhì)儲層厚度也呈減薄趨勢（圖3～4）；從臺緣帶到臺內(nèi)，丘灘有利沉積微相的單層厚度呈減薄趨勢，且臺內(nèi)有利沉積微相呈薄互層分布，表明臺內(nèi)水體深淺變化頻繁，而且臺內(nèi)丘蓋比例高。通過統(tǒng)計丘地比與儲層之間相關關系，而且當有利沉積微相在60%以上，優(yōu)質(zhì)儲層垂厚可達到15 m（圖5）。

圖3 磨溪燈影組四相連井剖面對比圖

圖4 磨溪燈影組四段臺緣帶與臺內(nèi)丘地比及優(yōu)質(zhì)儲層垂厚直方圖

圖5 磨溪燈影組四段臺內(nèi)丘地比與優(yōu)質(zhì)儲層垂厚關系圖

3.2 巖溶作用

3.2.1 巖溶作用類型

從巖心、薄片觀察分析，按溶蝕作用發(fā)生的時間、作用對象、溶蝕環(huán)境等，認為臺內(nèi)主要經(jīng)歷了同生—準同生期巖溶作用、表生期巖溶作用和埋藏期巖溶作用。

1）同生—準同生期巖溶作用。研究區(qū)同生—準同生期巖溶作用是早期沉積物在快速沉積或海退過程中，沉積物間歇性短期暴露于海平面之上，經(jīng)大氣淡水淋濾溶蝕，由于碳酸鹽巖沉積物在沉積初期，礦物穩(wěn)定化過程未完成，沉積物相對疏散，主要發(fā)生以組構(gòu)選擇性溶蝕為主的溶蝕作用。通過對巖心、薄片的觀察分析，認為研究區(qū)同生—準同生期巖溶主要有以下特征：①鑄?？缀土?nèi)溶孔。當海底的顆粒沉積物在沉積時，海平面發(fā)生相對下降而短暫暴露于大氣淡水環(huán)境之中，此時顆粒沉積物會發(fā)生選擇性溶解作用而形成粒內(nèi)孔和鑄?？?。研究區(qū)鑄模孔和粒內(nèi)溶孔主要發(fā)生在亮晶藻砂屑云巖和砂屑云巖中，為選擇性溶解藻砂屑或砂屑而形成的孔隙（圖6a、b）；②粒間溶孔。受到大氣淡水淋濾的影響作用，顆粒間膠結(jié)物被多期改造擴大形成粒間溶孔，因而粒間溶孔只是對原生粒間孔的保持和擴大，在鏡下觀察這些孔隙可見到膠結(jié)物部分被溶蝕，甚至全部溶蝕（圖6c、d）；③晶間溶孔。欠穩(wěn)定的富鈣白云石晶體間的文石和高鎂方解石發(fā)生溶解形成晶間溶孔（圖6e、f）。

2）表生期巖溶作用。研究區(qū)該類巖溶作用發(fā)生時間在燈影組四段沉積后抬升遭受剝蝕至寒武系笻竹寺組沉積之前，為桐灣Ⅱ、Ⅲ幕時期。研究區(qū)表生期巖溶作用主要有以下特征：①中、小型溶蝕洞。研究區(qū)中小型溶蝕孔洞發(fā)育，多呈蜂窩狀分布，且孔洞間連通性較好，且充填度較低，僅少部分溶蝕孔洞被少量的白云巖角礫、泥質(zhì)或者白云石晶體充填或半充填（圖6g、h）；②高角度溶縫。高角度溶蝕縫是研究區(qū)表生期巖溶作用中的一個常見識別標志，且溶蝕縫易被泥質(zhì)、粒狀白云石充填（6i）。

3）埋藏期巖溶作用。該類巖溶作用發(fā)生于笻竹寺組沉積之后的歷次構(gòu)造運動，主要發(fā)生于一個相對封閉的成巖環(huán)境中。該類巖溶作用僅在埋藏期形成的局部斷裂附近發(fā)育，主要起到局部擴大原溶蝕空間的作用，對儲滲空間的改造起到一定的貢獻，僅能作為一種補充，范圍局限，意義較小。研究區(qū)埋藏期巖溶作用主要有以下特征：①在后期形成斷裂附近，在巖心上可見閃鋅礦、方鉛礦等礦物（圖6j）；②溶蝕孔洞被半自型—自形白云石、石英以及瀝青等半充填（圖6k、l）。

圖6 磨溪燈影組四段臺內(nèi)巖溶作用識別圖

對比分析這三類巖溶作用，同生—準同生期和表生溶蝕作用以后，研究區(qū)燈影組四段儲集體基本特征和時空分布已經(jīng)定型，而埋藏溶蝕僅對局部擴大原溶蝕空間起到一定貢獻作用。因此，認為臺內(nèi)儲層孔、洞、縫發(fā)育起決定性控制的巖溶作用為同生—準同生巖溶和表生巖溶作用二者共同的作用，其主要是對相控儲層的疊加改造，新產(chǎn)生大量的巖溶孔洞系統(tǒng)。

3.2.2 巖溶發(fā)育模式

根據(jù)臺內(nèi)實鉆井巖性，結(jié)合等時地層格架，建立臺內(nèi)燈四段巖溶儲層縫洞組合模式和巖溶發(fā)育模式（圖7）。從巖溶發(fā)育模式可知，臺內(nèi)主要發(fā)生了2期巖溶：第1期巖溶為桐灣Ⅱ幕運動時期，燈影組整體抬升發(fā)生表生巖溶剝蝕作用；第2期巖溶為麥地坪組沉積后，桐灣Ⅲ幕構(gòu)造運動使得燈影組再次整體抬升剝蝕，這次巖溶作用導致高磨地區(qū)麥地坪組大面積缺失，僅局部地區(qū)殘留較薄的石灰?guī)r。因此，臺內(nèi)巖溶模式主要有2種：① 在燈影組四上亞段2小層底部硅質(zhì)未被剝?nèi)鼻覠o斷裂斷穿條件下，硅質(zhì)層為巖溶底板，表生期巖溶集中在燈影組四上2亞段小層丘灘有利微相部位發(fā)育，溶蝕孔洞發(fā)育、厚度較厚、物性較好； ② 燈影組四上亞段2小層底部硅質(zhì)未被剝?nèi)保袛嗔褦啻l件下，燈影組四上亞段2小層丘灘有利微相部位巖溶發(fā)育較好，溶蝕孔洞較發(fā)育、厚度大、物性中等；燈影組四1小層因斷裂溝通，丘灘有利微相發(fā)育部位形成較好的巖溶，溶蝕孔洞較發(fā)育、厚度大、物性中等。通過分析臺內(nèi)實鉆井所處古地貌單元與巖溶儲層發(fā)育模式相互間關系，認為巖溶殘丘、坡折帶是臺內(nèi)最有利古地貌單元（表3）。

圖7 磨溪燈影組四段臺內(nèi)巖溶發(fā)育模式圖

表3 磨溪燈影組四段巖溶古地貌單元劃分表

4 結(jié)論

1）從臺緣帶到臺內(nèi)，丘灘體發(fā)育程度逐漸減弱，臺內(nèi)儲層表現(xiàn)為低孔低滲、厚度薄且多層，非均質(zhì)性強的特點。而且當有利沉積微相（丘翼+丘核）在60%以上，優(yōu)質(zhì)儲層垂厚可達到15 m。

2）對儲層孔、洞、縫發(fā)育起決定性控制的巖溶作用為同生—準同生巖溶和表生巖溶作用二者共同的作用，其主要是對相控儲層的疊加改造，產(chǎn)生新的大量的巖溶孔洞系統(tǒng)。

3）根據(jù)臺內(nèi)實鉆井巖性，結(jié)合等時地層格架，建立臺內(nèi)燈影組四段巖溶發(fā)育模式。通過分析臺內(nèi)實鉆井所處古地貌單元與巖溶儲層發(fā)育模式相互間關系，認為巖溶殘丘、坡折帶是臺內(nèi)最有利古地貌單元。

4）臺內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育主要受到沉積作用和巖溶作用的二者共同控制。